ITER navigue en ligne droite vers le démarrage
Le SCK CEN qualifie des matériaux pour le réacteur d’essai à fusion nucléaire
Bientôt, la fusion nucléaire se débarrassera de son image de promesse éternelle. En effet, le réacteur d’essai à fusion nucléaire ITER, actuellement en construction en France, navigue en ligne droite vers son objectif. C’est-à-dire un démarrage en 2026. Plus de 4.800 scientifiques européens, dont le SCK CEN, travaillent chaque jour à la réalisation de cet objectif. Le rythme de la recherche s’accélère grâce à un budget de recherche de 583 millions d’euros alloué par la Commission européenne en 2021.
« La dernière thérapie contre le cancer est radioactive », « La Belgique lance des recherches sur les petites centrales nucléaires »... Quiconque s’empare d’un journal ces jours-ci lit de plus en plus d’articles sur le secteur nucléaire. Les applications nucléaires font leurs preuves dans un nombre croissant de domaines. Pour stimuler l’innovation nucléaire, la Commission européenne lance le programme de financement « EURATOM Research and Training Programme ». Elle met à disposition 1,38 milliard d’euros pour une période de cinq à sept ans. 583 millions d’euros iront directement à la recherche et au développement de la fusion nucléaire. Cette technologie devrait remodeler le paysage énergétique.
Dans la fusion nucléaire, les atomes ne sont pas divisés, mais au contraire fusionnés. Concrètement, deux atomes d’hydrogène fusionnent en un noyau d’hélium. Une quantité d’énergie est ainsi libérée, mais – contrairement à son pendant classique – cela produit moins de déchets nucléaires. Ce processus se déroule à haute température, ce qui pose des défis. Le réacteur d’essai à fusion nucléaire ITER, à Cadarache, en France, doit démontrer la faisabilité technique et scientifique de la fusion contrôlée à grande échelle. Avec le budget de recherche européen, les scientifiques vont éclaircir les points d’interrogation en suspens. Comment confiner le plasma ? Comment évacuer la chaleur et les cendres d’un réacteur à fusion pour ne pas contaminer le plasma ? Comment produire le tritium, le combustible de fusion, de manière durable ?
EUROfusion, un partenariat paneuropéen, dirige cette recherche sur la fusion. « Au total, 4.800 scientifiques visent cet objectif », explique Dmitry Terentyev, expert en fusion nucléaire au SCK CEN. Ces scientifiques viennent d’Europe ou de pays associés tels que l’Ukraine, le Royaume-Uni et la Suisse. Le centre de recherche nucléaire SCK CEN utilise son réacteur de recherche BR2, unique au monde, pour qualifier les matériaux de structure des réacteurs à fusion nucléaire. Les matériaux doivent notamment être capables de résister aux conditions extrêmes d’un réacteur à fusion nucléaire.
Tests des matériaux
Dans le passé, le SCK CEN a été impliqué, entre autres, dans les tests des matériaux de « première paroi », qui sont directement exposés au plasma. Le SCK CEN va maintenant se concentrer sur le matériau des « tritium blanket modules », les composants utilisés pour régénérer le tritium utilisé dans le combustible des réacteurs à fusion.
La planification des expériences a déjà été établie. Le BR2 irradiera les expériences en continu de 2022 à 2025 – et par extension en 2026 et 2027. Chaque expérience restera typiquement dans le cœur du réacteur pendant un an. Dmitry Terentyev explique : « Avec cette campagne d’irradiation, nous simulons le fonctionnement des composants jusqu’à la fin de la durée de vie de l’installation ITER. Après l’irradiation, nous identifierons les propriétés thermiques, mécaniques et micromécaniques des matériaux pour évaluer leur vieillissement. »
Pour ce projet, le SCK CEN investira dans une série d’installations : une installation d’irradiation, un microscope électronique pour cartographier les processus de vieillissement des matériaux avec une grande précision, et une installation de test mécanique en cellule chaude.
Acier belge
Les résultats de ces expériences doivent conduire à la recette parfaite de l’acier. « De quel type de matériau avons-nous besoin ? Comment cet alliage est-il composé ? Avec quels ingrédients ? Quelles sont les proportions requises ? Nous collaborons avec OCAS SA pour trouver cette recette », commente Dmitry Terentyev. Le centre de recherche belge OCAS SA est une joint-venture entre ArcelorMittal et la Région flamande. OCAS SA est l’un des rares fournisseurs en Europe qui sont en mesure de fournir des quantités d’acier pour la recherche. « Nous irradions cet acier dans notre réacteur de recherche BR2, nous le testons et, si nécessaire, nous faisons ajuster la composition du matériau. Nous répétons l’opération jusqu’à ce que nous ayons trouvé la recette. »
« Le but est de qualifier le matériau de base », explique Dmitry Terentyev. De cette manière, les chercheurs surmontent déjà un obstacle. Bien entendu, ITER ne sera pas constitué uniquement de matériaux de base. Les matériaux de base sont soudés ensemble ou assemblés. « Dans une deuxième phase, entre 2024 et 2027, nous analyserons comment ces assemblages réagissent aux conditions extrêmes de la fusion. Nous serons alors prêts à mettre ITER en service », conclut l’expert en fusion.
Plus près des conditions de fusion
En même temps, le centre de recherche nucléaire SCK CEN construit son infrastructure de recherche innovante MYRRHA. MYRRHA testera des matériaux pour les réacteurs à fission et même à fusion. Grâce à ses neutrons rapides, MYRRHA atteint des conditions d’irradiation qui sont plus proches de celles d’un réacteur à fusion que les réacteurs de recherche actuels. Toutefois, la recherche sur la fusion nucléaire commencera dès 2027. « La construction de MYRRHA se déroule en plusieurs phases. Dans la phase 1, nous construisons MINERVA, l’accélérateur de particules avec une énergie allant jusqu’à 100 mégaélectronvolts (MeV). La construction de l’installation « Full Power Facility » est liée à ce projet. Celle-ci utilise un faisceau de protons de 100 MeV et 4 milliampères pour irradier et étudier les matériaux de fusion », explique Dmitry Terentyev.
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MYRRHA attire des scientifiques du monde entier La prochaine grande infrastructure de recherche du SCK CEN, l’installation polyvalente MYRRHA, a déjà attiré aujourd’hui de nombreux scientifiques internationaux dans le domaine du partitionnement et de la transmutation. MYRRHA est également connue pour son vaste catalogue d’applications couvrant la technologie des accélérateurs, la recherche fondamentale sur les radio-isotopes (médicaux) et la recherche sur la fusion. La communauté internationale y participe par le biais d’un nombre croissant de collaborations et d’ateliers scientifiques, contribuant aux réflexions sur la conception et au matériel pour répondre aux besoins exprimés pour l’utilisation scientifique de la phase 1 de MYRRHA. Adrian Fabich |
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